KR20040017175A - Apparatus and method for controlling stepmotor - Google Patents
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Abstract
스텝모터의 제어장치 및 제어방법이 개시된다. 토오크연산부는 스텝모터에 걸리는 토크를 연산하여 이에 대응하는 구동전류설정신호를 제어부로 출력한다. 제어부는 구동전류설정신호에 근거한 가변적인 구동전류를 스텝모터에 인가하기 위한 제어신호를 구동부로 출력한다. 구동부는 제어부로부터 입력되는 제어신호에 근거하여 스텝모터를 구동한다.Disclosed are a control apparatus and a control method of a step motor. The torque calculation unit calculates a torque applied to the step motor and outputs a corresponding drive current setting signal to the controller. The control unit outputs a control signal for applying the variable driving current to the stepper motor based on the driving current setting signal to the driving unit. The driving unit drives the step motor based on a control signal input from the controller.
이와 같은 스텝모터의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 콘트롤IC(제어부) 및 스텝모터의 과열과 오동작을 방지하며, 저전력, 저진동 및 저소음의 향상된 구동특성을 갖는 제어장치를 구현할 수 있다.According to the control device and control method of the step motor, it is possible to prevent overheating and malfunction of the control IC (control unit) and the step motor, and to implement a control device having improved driving characteristics of low power, low vibration and low noise.
Description
본 발명은 스텝모터의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스텝모터에 걸리는 토오크량에 따라 스텝모터에 인가하는 구동전류량을 가변적으로 제어하는 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control device and a control method of a step motor, and more particularly, to a control device and a method for variably controlling the amount of drive current applied to a step motor in accordance with the amount of torque applied to the step motor.
일반적으로 스텝모터는 클럭펄스신호에 의해 모터의 각 상의 여자상태가 변화할 때마다 일정한 각도만큼 회전하고, 여자 상태가 변화하지 않으면 일정 위치를 유지하여 정지하는 모터로서, 입력되는 펄스신호에 따라 일정 각도 즉, 일정 스텝씩 회전한다.In general, the step motor is a motor that rotates by a certain angle whenever the excitation state of each phase of the motor is changed by a clock pulse signal, and stops by maintaining a constant position when the excitation state does not change. It rotates at an angle, that is, a certain step.
도 1은 종래기술에 의한 스텝모터의 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram schematically showing a control apparatus of a step motor according to the prior art.
도시된 바와 같이, 제어부(100)는 스텝모터(120)를 구동하기 위한 각 상에 대한 구동펄스신호를 구동부(110)로 출력한다. 그리고, 제어부(100)는 기설정되어 있는 구동전류설정값(Vref)에 따라 결정되는 소정의 구동전류를 스텝모터(120)에 인가하기 위한 제어신호를 구동부(110)로 출력한다.As shown, the controller 100 outputs a driving pulse signal for each phase for driving the step motor 120 to the driver 110. In addition, the controller 100 outputs a control signal for applying the predetermined drive current to the stepper motor 120 to the driver 110 based on a preset drive current set value Vref.
일반적으로, 스텝모터(120)에 인가되는 구동전류의 크기는 스텝모터(120)의 회전자의 탈조를 방지하기 위해서 일정량의 마진을 확보하여 설정한다. 그리고, 스텝모터(120)의 회전자가 정지해 있는 상태에서 회전을 시작할 경우, 회전하고 있을 때 보다 더 큰 토오크를 필요로 하기 때문에 구동전류설정값(Vref)은 회전자가 정지상태에서 회전을 시작하는데 필요한 전류량 이상의 값으로 설정한다. 따라서, 회전자가 회전하고 있을 때 스텝모터(120)에 인가되는 구동전류는 실제 스텝모터(120)가 필요로 하는 전류량 보다 항상 일정량 이상으로 인가된다.In general, the magnitude of the driving current applied to the step motor 120 is set by securing a certain amount of margin in order to prevent the rotor from stepping out. When the rotor of the step motor 120 starts to rotate, the drive current set value Vref starts to rotate when the rotor is stopped. Set to a value that is higher than the required amount of current. Therefore, the driving current applied to the step motor 120 when the rotor is rotating is always applied in a predetermined amount or more than the amount of current required by the actual step motor 120.
구동부(110)는 제어부(100)로부터 출력되는 제어신호에 근거하여 소정 크기의 구동전류로 스텝모터(120)를 구동한다.The driving unit 110 drives the step motor 120 with a driving current having a predetermined size based on the control signal output from the control unit 100.
그런데 이러한 구조의 종래의 스텝모터 제어장치는 스텝모터 회전자의 회전시의 탈조를 방지하기 위하여 회전토크량의 마진을 확보하여 설계하므로, 매 스텝 이동시마다 오버슈트 및 세틀링을 반복하여 회전자가 목표위치에 도달하게 된다. 따라서, 회전자의 여분토크량을 확보하기 위해 설정된 구동전류로 인하여 진동, 소음, 및 공진이 발생하고, 콘트롤IC(제어부) 및 스텝모터가 과열되어 오동작을 하는 원인이 된다는 문제가 있었다.However, the conventional step motor control device having such a structure is designed to secure a margin of rotation torque in order to prevent the step-out of the step motor rotor during rotation, so that the rotor is repeated by overshooting and settling every step movement. The position is reached. Accordingly, there is a problem that vibration, noise, and resonance occur due to the drive current set to secure the extra torque amount of the rotor, and the control IC (control unit) and the step motor become overheated and cause a malfunction.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 콘트롤IC 및 스텝모터의 과열을 방지하고 저전력, 저진동 및 저소음의 구동특성을 갖는 스텝모터의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a control apparatus and a control method of a step motor, which prevents overheating of the control IC and the step motor and has low power, low vibration, and low noise driving characteristics.
도 1은 종래기술에 의한 스텝모터의 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이고,1 is a block diagram schematically showing a control apparatus of a step motor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 스텝모터의 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이고,2 is a block diagram schematically showing an apparatus for controlling a step motor according to the present invention;
도 3은 도 2의 토오크연산부의 상세블럭도이고,3 is a detailed block diagram of the torque calculation unit of FIG.
도 4는 상기 도 2의 스텝모터 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of the step motor control apparatus of FIG. 2.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
200 : 제어부210 : 구동부200: control unit 210: drive unit
220 : 스텝모터230 : 전류감지부220: step motor 230: current detection unit
240 : 토오크연산부240: torque calculation unit
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스텝모터의 제어장치는 스텝모터에 걸리는 토크를 연산하여 이에 대응하는 구동전류설정신호를 출력하는 토오크연산부와; 상기 구동전류설정신호에 근거한 가변적인 구동전류를 상기 스텝모터에 인가하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 근거하여 상기 스텝모터를 구동하는 구동부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a step motor, including: a torque calculator configured to calculate a torque applied to the step motor and output a driving current setting signal corresponding thereto; A control unit for outputting a control signal for applying a variable driving current based on the driving current setting signal to the step motor; It includes a drive unit for driving the step motor based on the control signal input from the controller.
바람직하게, 상기 스텝모터에 흐르는 구동전류를 검출하여 검출된 구동전류를 상기 토오크연산부로 출력하는 전류감지부를 더 포함한다.Preferably, the apparatus further includes a current sensing unit configured to detect a driving current flowing through the step motor and output the detected driving current to the torque calculating unit.
상기 토오크연산부는 상기 입력되는 구동전류를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기와; 상기 A/D변환된 구동전류정보에 근거하여 상기 토오크를 연산하고, 상기연산된 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보를 독출하는 중앙처리장치(CPU)와; 상기 독출된 구동전류설정정보를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 D/A변환기;를 포함한다.The torque calculator includes an A / D converter for converting the input driving current into a digital signal; A central processing unit (CPU) for calculating the torque based on the A / D converted drive current information and reading drive current setting information corresponding to the calculated torque information; And a D / A converter for converting the read driving current setting information into an analog signal and outputting the analog signal.
바람직하게, 상기 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보를 저장하고 있는 저장부를 더 포함한다.Preferably, the apparatus further includes a storage unit which stores driving current setting information corresponding to the torque information.
상기 저장부는 상기 토오크 및 상기 구동전류가 비례하도록 상기 토오크정보 및 상기 구동전류설정정보를 대응하여 저장하고 있음을 특징으로 하는 스텝모터의 제어장치.And the storage unit correspondingly stores the torque information and the drive current setting information so that the torque and the drive current are proportional to each other.
상기 다른 목적을 달성하기 위한, 스텝모터의 제어방법은 (a)스텝모터에 걸리는 토오크에 대응하는 구동전류설정신호를 출력하는 단계와; (b)상기 구동전류설정정보에 근거하여 상기 스텝모터에 가변적인 구동전류를 인가하기 위한 구동제어신호를 출력하는 단계와; (c)상기 구동제어신호에 근거하여 상기 스텝모터를 구동하는 단계;를 포함한다.To achieve the above object, a control method of a step motor includes the steps of: (a) outputting a drive current setting signal corresponding to a torque applied to the step motor; (b) outputting a drive control signal for applying a variable drive current to the step motor based on the drive current setting information; (c) driving the step motor based on the drive control signal.
상기 (a)단계는 상기 스텝모터의 각 상에 흐르는 구동전류를 각각 검출하는 단계와; 상기 검출된 각 상의 구동전류를 A/D변환하는 단계와; 상기 A/D변환된 각 상의 구동전류정보에 근거하여 상기 토오크를 연산하는 단계와; 상기 연산된 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보를 독출하는 단계와; 상기 구동전류설정정보를 D/A변환하여 출력하는 단계;를 포함한다.Step (a) includes detecting driving currents flowing in each phase of the step motor; A / D converting the driving current of each detected phase; Calculating the torque based on driving current information of each of the A / D converted phases; Reading driving current setting information corresponding to the calculated torque information; And outputting the driving current setting information by D / A conversion.
바람직하게, 상기 (a)단계는 상기 구동전류설정신호가 상기 스텝모터에 걸리는 토오크에 비례하여 상기 스텝모터에 구동전류가 인가되도록 한다.Preferably, in the step (a), the drive current is applied to the step motor in proportion to the torque applied to the step motor.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 2는 본 발명에 따른 스텝모터의 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.2 is a block diagram schematically showing an apparatus for controlling a step motor according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝모터의 제어장치는 제어부(200), 구동부(210), 전류감지부(230) 및 토오크연산부(240)를 구비한다.As shown, the control apparatus of the step motor according to the present invention includes a control unit 200, a driving unit 210, a current sensing unit 230 and a torque calculation unit 240.
제어부(200)는 입력되는 가변적인 구동전류설정신호(Vref)에 비례하는 가변적인 구동전류를 스텝모터(220)에 인가하기 위한 제어신호를 구동부(210)로 출력한다.The controller 200 outputs a control signal for applying the variable drive current to the stepper motor 220 in proportion to the variable drive current setting signal Vref input to the drive unit 210.
구동부(210)는 제어부(200)로부터 입력되는 제어신호에 따라 스텝모터(220)에 가변적인 구동전류를 인가하여 스텝모터(220)를 구동한다.The driving unit 210 drives the step motor 220 by applying a variable driving current to the step motor 220 according to a control signal input from the control unit 200.
전류감지부(230)는 스텝모터(220)에 흐르는 전류량을 감지하여 토오크연산부(240)로 출력한다.The current sensing unit 230 senses the amount of current flowing through the step motor 220 and outputs it to the torque calculating unit 240.
토오크연산부(240)는 최초에 전원이 인가되면 임의의 크기의 구동전류설정신호를 제어부(200)로 출력한다. 그리고, 토오크연산부(240)는 전류감지부(230)로부터 입력되는 전류량을 A/D변환하고 이에 근거하여 스텝모터(220)에 걸리는 토오크량을 연산한다. 그리고, 토오크연산부(240)는 연산된 토오크량에 대응하는 구동전류설정정보를 독출하고 D/A변환한 구동전류설정신호를 제어부(200)로 출력한다.The torque calculator 240 outputs a driving current setting signal having a predetermined size to the controller 200 when power is first applied. The torque calculation unit 240 performs A / D conversion on the amount of current input from the current sensing unit 230 and calculates the amount of torque applied to the step motor 220 based on the A / D conversion. The torque calculating unit 240 reads the driving current setting information corresponding to the calculated torque amount and outputs the driving current setting signal obtained by D / A conversion to the control unit 200.
도 3을 참조하여 토오크연산부(240)에 대해서 보다 상세히 설명한다.The torque calculation unit 240 will be described in more detail with reference to FIG. 3.
도 3은 도 2의 토오크연산부(240)의 상세블럭도이다.3 is a detailed block diagram of the torque calculation unit 240 of FIG. 2.
도시된 바와 같이, 토오크연산부(240)는 A/D변환기(242), 중앙처리장치(CPU)(244), 저장부(246), 및 D/A변환기(248)를 구비한다.As shown, the torque calculation unit 240 includes an A / D converter 242, a central processing unit (CPU) 244, a storage unit 246, and a D / A converter 248.
A/D변환기(242)는 전류감지부(230)로부터 입력되는 스텝모터(220)의 각 여자상의 전류량을 디지털 신호로 각각 변환하여 중앙처리장치(CPU)(244)로 출력한다.The A / D converter 242 converts the amount of current in each excitation phase of the step motor 220 input from the current sensing unit 230 into a digital signal and outputs the digital signal to the central processing unit (CPU) 244.
중앙처리장치(CPU)(244)는 A/D변환기(242)로부터 입력되는 각 여자상의 전류정보에 근거하여 스텝모터(220)에 걸리는 토오크량을 연산한다. 전류량에 근거하여 토오크를 연산하는 방법은 공지된 기술이므로 상세히 설명하지 않는다. 그리고, 중앙처리장치(CPU)(244)는 연산된 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보를 저장부(246)로부터 독출하여 D/A변환기(248)로 출력한다.The central processing unit (CPU) 244 calculates a torque amount applied to the step motor 220 based on the current information of each excitation phase input from the A / D converter 242. The method of calculating the torque based on the amount of current is a well-known technique and thus will not be described in detail. The CPU 244 reads the drive current setting information corresponding to the calculated torque information from the storage unit 246 and outputs it to the D / A converter 248.
D/A변환기(248)는 중앙처리장치(CPU)(244)로부터 출력되는 구동전류설정정보를 아날로그신호로 변환한 구동전류설정신호를 제어부(200)로 출력한다.The D / A converter 248 outputs the drive current setting signal obtained by converting the drive current setting information output from the central processing unit (CPU) 244 into an analog signal to the controller 200.
저장부(246)는 연산된 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보를 저장하고 있다. 아래의 표 1은 저장부(246)에 저장되어 있는 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보의 일예이다.The storage unit 246 stores the drive current setting information corresponding to the calculated torque information. Table 1 below is an example of the drive current setting information corresponding to the torque information stored in the storage unit 246.
상기한 표 1에 나타낸 바와 같이, 토오크정보 및 구동전류설정정보는 비례하는 관계로 저장되어 있다.As shown in Table 1, the torque information and the drive current setting information are stored in a proportional relationship.
따라서, 토오크연산부(240)는 스텝모터(220)에 걸리는 토오크량에 비례하는크기의 구동전류설정신호를 제어부(200)로 출력한다.Therefore, the torque calculation unit 240 outputs a driving current setting signal having a magnitude proportional to the amount of torque applied to the step motor 220 to the control unit 200.
결과적으로, 스텝모터(220)에 실제 걸리는 토오크량에 비례하는 가변적인 구동전류를 스텝모터(220)에 인가함으로써, 스텝모터(220)의 토오크 마진은 항상 거의 일정하게 된다.As a result, by applying a variable driving current proportional to the amount of torque actually applied to the step motor 220 to the step motor 220, the torque margin of the step motor 220 is always substantially constant.
이하, 본 발명에 따른 스텝모터의 제어방법에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a step motor according to the present invention will be described with reference to FIG. 4.
도 4는 상기 도 2의 스텝모터 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of the step motor control apparatus of FIG. 2.
먼저, 전류감지부(230)는 스텝모터(220)의 각 여자상에 흐르는 전류를 각각 감지하여 토오크연산부(240)로 출력한다(S400).First, the current sensing unit 230 senses the current flowing in each of the excitation phases of the step motor 220 and outputs the current to the torque calculating unit 240 (S400).
토오크연산부(240)의 A/D변환기(242)는 입력되는 각 여자상의 전류량을 디지털신호로 변환하여 토오크연산부(240)의 중앙처리장치(CPU)(244)로 출력한다(S410).The A / D converter 242 of the torque calculation unit 240 converts the current amount of each excitation phase input into a digital signal and outputs the digital signal to the central processing unit (CPU) 244 of the torque calculation unit 240 (S410).
중앙처리장치(CPU)(244)는 A/D변환기(242)로부터 입력되는 각 여자상의 여자전류정보에 근거하여 스텝모터(220)에 걸리는 토오크량을 연산한다(S420). 그리고, 중앙처리장치(CPU)(244)는 연산된 토오크정보에 대응하는 구동전류설정정보(Vref, 기준전압)를 저장부(246)로부터 독출하여 토오크연산부(240)의 D/A변환기(248)로 출력한다(S430).The central processing unit (CPU) 244 calculates a torque amount applied to the step motor 220 based on the excitation current information of each excitation phase input from the A / D converter 242 (S420). The CPU 244 reads the drive current setting information (Vref, reference voltage) corresponding to the calculated torque information from the storage unit 246, and then converts the D / A converter 248 of the torque calculation unit 240 into the D / A converter 248. The output to the step (S430).
D/A변환기(248)는 중앙처리장치(CPU)(244)로부터 입력되는 구동전류설정정보를 아날로그신호로 변환한 구동전류설정신호(Vref)를 제어부(200)로 출력한다(S440).The D / A converter 248 outputs the driving current setting signal Vref obtained by converting the driving current setting information input from the central processing unit (CPU) 244 into an analog signal (S440).
제어부(200)는 D/A변환기(248)로부터 입력되는 구동전류설정신호에 근거한 가변적인 구동전류를 스텝모터(220)에 인가하기 위한 제어신호를 구동부(210)로 출력하고, 구동부(210)는 제어부(200)의 제어신호에 근거한 가변적인 구동전류로 스텝모터(220)를 구동한다(S450).The controller 200 outputs a control signal for applying the variable drive current to the stepper motor 220 based on the drive current setting signal input from the D / A converter 248 to the driver 210, and the driver 210. In operation S450, the step motor 220 is driven by a variable driving current based on a control signal of the controller 200.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.In the above described and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific preferred embodiment described above, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims Of course, any one of ordinary skill in the art that various modifications can be made, as well as such modifications will be within the scope of the claims.
본 발명에 따른 스텝모터의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 콘트롤IC(제어부) 및 스텝모터의 과열과 오동작을 방지하며, 저전력, 저진동 및 저소음의 향상된 구동특성을 갖는 제어장치를 구현할 수 있다.According to the control apparatus and control method of the step motor according to the present invention, it is possible to prevent the overheating and malfunction of the control IC (control unit) and the step motor, and to implement a control device having improved driving characteristics of low power, low vibration and low noise.
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